به گزارش خبرگزاری مهر و به نقل از ستاد نانو، دوپامین بهعنوان یک ناقل عصبی کلیدی در مغز انسان، تاثیر مهمی بر حرکت، انگیزه، پاداش و علائم بیماری پارکینسون دارد. این مولکول در غلظتهایی کمتر از ۱۰ نانومولار فعال است که این مقدار بسیار کم، چالشهایی را برای محققان در بررسی عملکرد نورونهای تولیدکننده دوپامین ایجاد کرده است.
در سالهای اخیر، پژوهشگران موفق به پرورش نورونها در آزمایشگاه و همچنین ایجاد ساختارهای مشابه مغز به نام ارگانوئید شدهاند. با این حال، سوالی که مطرح میشود این است که آیا این نورونها واقعاً مانند نورونهای طبیعی عمل کرده و دوپامین را در مقادیر طبیعی آزاد میکنند؟
روشهای موجود برای ارزیابی عملکرد این نورونها محدودیتهایی دارند. اگرچه دانشمندان میتوانند از رنگآمیزی پروتئینی یا میکروسکوپی استفاده کنند، این روشها تنها ساختار را نشان میدهند و اطلاعاتی درباره عملکرد واقعی ارائه نمیدهند. علاوه بر این، تکنیکهایی مانند کروماتوگرافی مایع و آزمونهای ایمنی آنزیمی، به تخریب سلولها و زمانهای طولانی نیاز دارند که نمیتواند بهطور لحظهای فعالیت نورونها را پایش کند.
گزینههای نوری مبتنی بر فلورسنت نیز به دلیل نیاز به دستکاریهای شیمیایی یا ژنتیکی، میتوانند رفتار نورونها را تحت تأثیر قرار دهند. به همین دلیل، تاکنون ابزار ساده و غیرتخریبی برای سنجش عملکرد نورونهای مشتق از سلولهای بنیادی وجود نداشته است.
در این راستا، حسگری الکتروشیمیایی بهعنوان یک راهکار نویدبخش مطرح شده است. دوپامین بهخاطر ویژگی الکتروفعالی خود، میتواند جریان الکتریکی تولید کند. اما حسگرهای الکتروشیمیایی اخیر با دو چالش عمده مواجه بودند: عدم توانایی در تشخیص غلظتهای پایین دوپامین و تداخل ناشی از مولکولهای مشابه و آلودگی الکترود.
در این بین، یک پلتفرم الکترودی جدید به نام «سیدنی» توسط گروهی از پژوهشگران در دانشگاه سونگکیونکوان کرهجنوبی طراحی شده است. این پلتفرم بهعنوان اولین نمونه از آشکارسازی الکتروشیمیایی لحظهای دوپامین از ارگانوئیدهای زنده میانمغز شناخته میشود. نتایج این تحقیق در نشریه معتبر Advanced Functional Materials منتشر شده است.
نانوحسگر «سیدنی» از سه جزء اصلی ساخته شده است: لایه پایه شامل نانوستونهای طلایی عمودی، نانوذرات طلایی کوچکتر و لایهای نازک از اکسید گرافن. این ساختار بهطور خاصی طراحی شده است تا عملکرد الکترودی را افزایش دهد و به بهبود گزینشپذیری حسگر کمک کند. آزمایشها نشاندهنده کارایی بالای این حسگر در تشخیص دوپامین در مقیاسهای پایین بوده است.در گزارشی تازه، پژوهشگران نشان دادهاند که سامانه «سیدنی» میتواند دوپامین را در یک محلول بافر استاندارد تا غلظت ۲۹٫۵ نانومولار شناسایی کند و در شرایط مشابه مایع مغزی-نخاعی مصنوعی، این قابلیت به ۷٫۵۱ نانومولار افزایش مییابد. قابل ذکر است که تداخل مولکولهایی چون سروتونین و نوراپینفرین تأثیر چندانی بر نتایج ندارد و فقط ۳٫۳۳ درصد از سیگنال کاهش یافته است؛ در حالی که در الکترودهای متداول این رقم به ۲۱ تا ۴۷ درصد میرسد.
این گروه تحقیقاتی همچنین کارایی این سیستم را در شرایط زیستی پیچیدهتر آزمایش کرده است. آنها از ردههای مختلف سلولی عصبی گرفته تا نورونهای مشتق از سلولهای بنیادی انسانی و ارگانوئیدهای میانمغز استفاده کردند. نتایج نشاندهنده این است که تنها نورونهای بالغ قابلیت آزادسازی دوپامین قابل اندازهگیری را دارند و ارگانوئیدهای بالغ ۹۵ روزه بهطور میانگین غلظتی حدود ۹٫۱۶ نانومولار دوپامین تولید میکنند.
مزیت اصلی این فناوری نسبت به روشهای مرسوم، شامل سرعت، دقت و غیرتخریبی بودن آن است. این سامانه میتواند در کمتر از یک دقیقه و با حجم نمونهای به اندازه میکرولیتر دادههای دقیقتری ارائه دهد و همزمان نمونه زنده را برای اندازهگیریهای بعدی حفظ کند. به این ترتیب، امکان پایش رشد و بلوغ عملکردی یک ارگانوئید در طول زمان مهیا میشود، قابلیتی که میتواند تأثیر عمیقی بر مدلسازی بیماریها و آزمایش داروها داشته باشد.
